KR20050005131A - 쐐기형 클러치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클러치축의 팽창쐐기와 클러치본체의 쐐기홈이 쐐기작용에 의하여 동력을 전달하는 쐐기형 클러치를 개시한다. 본 발명은 입력축의 일단에 테이퍼구멍을 갖는 팽창실린더가 형성되어 있고, 팽창실린더의 끝단에 링형의 팽창쐐기가 형성되어 있으며 팽창실린더와 팽창쐐기에 슬롯들이 길이방향을 따라 형성되어 있는 클러치축과, 팽창실린더의 테이퍼구멍에 장착되고 팽창실린더와 팽창쐐기의 팽창을 위하여 팽창실린더의 테이퍼구멍을 따라 운동하는 릴리스콘과, 팽창실린더의 외측에 축방향을 따라 운동할 수 있도록 장착되는 릴리스슬리브와, 릴리스슬리브와 릴리스콘이 연동할 수 있도록 팽창실린더를 관통하여 릴리스슬리브와 릴리스콘을 연결하는 핀들과, 팽창쐐기가 쐐기작용에 의하여 결합될 수 있도록 팽창쐐기를 수용하는 쐐기홈을 갖는 클러치본체로 구성된다. 본 발명에 의하면, 클러치축의 팽창쐐기와 클러치본체의 쐐기홈이 쐐기작용에 의하여 결합되어 동력 전달의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 클러치축의 팽창쐐기가 클러치본체의 쐐기홈 내에서 초기상태를 유지하면서 이격되어 동력을 차단하는 것에 의하여 동력의 차단 불량을 방지할 수 있으므로, 클러치의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있다. 그리고 간단한 구조에 의하여 소형화 및 경량화 제작이 가능할 뿐만 아니라, 적은 수의 부품에 의하여 조립이 간편하여 생산성을 향상시키고, 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

쐐기형 클러치{WEDGE TYPE CLUTCH}

본 발명은 쐐기형 클러치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클러치축의 팽창쐐기와 클러치본체의 쐐기홈이 쐐기작용에 의하여 동력을 전달하며 팽창쐐기가 팽창 전의 초기상태를 유지하여 동력을 차단하는 쐐기형 클러치에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 클러치는 엔진, 액츄에이터(Actuator), 인력 등의 동력원으로부터 입력되는 동력을 단속하는 장치로 동력을 전달하는 방식에 따라 마찰클러치, 유체클러치, 전자클러치로 분류하고 있다. 이러한 클러치는 신뢰성과 안정성을 보장할 수 있도록 동력의 차단을 정확하고 신속하게 차단해야 하며, 미끄러짐이 없이 동력을 정확하게 전달해야 하고, 구조가 간단하며, 고장이 적어야 한다.

일반적인 마찰클러치는 단판식, 다판식, 원추식 등 다양한 구조로 개발되어 있다. 단판식 및 다판식 마찰클러치는 클러치디스크와 압력판의 마찰에 의하여 동력을 단속하며, 원추식 마찰클러치는 원추면의 마찰을 이용하여 동력을 단속한다. 그런데 마찰클러치는 클러치디스크와 압력판의 마모, 클러치스프링의 탄성력 저하 등에 의한 슬립 현상, 차단 불량, 진동 등과 같은 기계적 결함의 발생 빈도가 매우높은 단점이 있다. 뿐만 아니라, 많은 수의 부품과 복잡한 구조에 의하여 소형화 및 경량화가 곤란한 문제를 내포하고 있다. 원추식 클러치는 클러치의 압착이 쐐기작용으로 급격히 이루어지는 무겁고 큰 구조가 되기 때문에 동력의 전달에는 거의 사용되고 있지 않으며, 싱크로메시기구에서 기어의 동기 클러치로 사용되고 있다.

한편, 유체클러치는 유체를 매개로 동력을 단속하는 유체커플링과 토크컨버터로 분류되고 있으며, 전자클러치는 자성분체의 자화에 의하여 발생되는 자력을 이용하여 동력을 단속하는 자성분체식과 전자석을 이용하여 단판클러치를 작동시키는 전자식으로 분류하고 있다. 이러한 유체클러치와 전자클러치는 단속 동작을 자동으로 실시할 수 있는 장점이 있으나, 많은 수의 부품과 복잡한 구조에 의하여 소형화 및 경량화가 마찰클러치보다 더욱더 곤란한 문제를 가지고 있다. 최근 전동휠체어, 스쿠터 등의 개인이동장치, 운반장치, 이동로봇 등에 있어서는 소형·경량의 클러치가 요구되고 있으나, 적은 동력으로 단속의 신뢰성을 보장할 수 있는 클러치는 개발되지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 클러치축의 팽창쐐기와 클러치본체의 쐐기홈이 쐐기작용에 의하여 견고하게 결합되어 동력 전달의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 쐐기형 클러치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 클러치축의 팽창쐐기가 클러치본체의 쐐기홈 내에서 팽창 전의 초기상태를 유지하면서 동력을 차단하는 것에 의하여 동력의 차단 불량을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 클러치의 신뢰성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 쐐기형 클러치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조에 의하여 소형화 및 경량화 제작이 가능할 뿐만 아니라, 적은 수의 부품에 의하여 조립이 매우 간편하여 생산성을 향상시키고, 생산비를 절감할 수 있는 쐐기형 클러치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 입력축의 일단에 테이퍼구멍을 갖는 팽창실린더가 형성되어 있고, 팽창실린더의 끝단에 링형의 팽창쐐기가 형성되어 있으며, 팽창실린더와 팽창쐐기에 복수의 슬롯들이 길이방향을 따라 형성되어 있는 클러치축과; 팽창실린더의 테이퍼구멍에 장착되고, 팽창실린더와 팽창쐐기의 팽창을 위하여 팽창실린더의 테이퍼구멍을 따라 운동하는 릴리스콘과; 팽창실린더의 외측에 축방향을 따라 운동할 수 있도록 장착되는 릴리스슬리브와; 릴리스슬리브와 릴리스콘이 연동할 수 있도록 팽창실린더를 관통하여 릴리스슬리브와 릴리스콘을 연결하는 복수의 핀들과; 팽창쐐기가 쐐기작용에 의하여 결합될 수 있도록 팽창쐐기를 수용하는 쐐기홈을 갖는 클러치본체로 이루어지는 쐐기형 클러치에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 클러치가 조립되어 있는 외형의 구성을 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 클러치의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 클러치에서 동력이 전달되는 상태를 설명하기 위하여 나타낸 단면도,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,

도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 클러치에서 동력이 차단되는 상태를 설명하기 위하여 나타낸 단면도,

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 클러치축 11: 입력축

12: 팽창실린더 13: 테이퍼구멍

15: 스플라인축 16: 팽창쐐기

20: 릴리스콘 23: 스플라인축

30: 릴리스슬리브 40: 핀

50: 클러치본체 51: 쐐기홈

52: 제1 분할본체 53: 제2 분할본체

54: 오일구멍 55: 안내축

56: 출력축 60: 스프링

이하, 본 발명에 따른 쐐기형 클러치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 쐐기형 클러치는 클러치축(10)을 구비하며, 클러치축(10)의 입력축(11)은 엔진, 액츄에이터, 인력 등의 다양한동력원과 연결되어 있다. 입력축(11)의 일단에 팽창실린더(Expansion cylinder: 12)가 형성되어 있고, 팽창실린더(12)의 내경은 테이퍼구멍(Taper hole: 13)으로 형성되어 있다. 도 3에는 클러치축(10)의 입력축(11)은 팽창실린더(12)에 일체형으로 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 입력축(11)은 별도로 제작하여 팽창실린더(12)에 조립할 수도 있다. 팽창실린더(12)의 외면에 복수의 구멍(14)들이 등간격을 이루도록 형성되어 있고, 테이퍼구멍(13)의 내면 안쪽에는 스플라인축(Spline shaft: 15)이 형성되어 있다.

도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 팽창실린더(12)의 끝단에는 링형의 팽창쐐기(Expansion wedge: 16)가 형성되어 있다. 클러치축(10)의 팽창실린더 (12)와 팽창쐐기(16)에는 반경방향으로의 팽창을 위하여 복수의 슬롯(Slot: 17)들이 등간격을 이루도록 길이방향을 따라 형성되어 있다. 슬롯(17)들은 팽창쐐기(16)를 완전히 분할하며 그 종단이 팽창실린더(12)의 바닥면에 근접하도록 형성되어 있고 팽창실린더(12)의 구멍(14)들을 양분하도록 형성되어 있다. 도 2와 도 4에는 클러치축(10)의 구멍(14)들과 슬롯(17)들은 4개가 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 구멍(14)들과 슬롯(17)들의 숫자 및 위치는 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있다.

또한, 클러치축(10)의 테이퍼구멍(13)에는 릴리스콘(Release cone: 20)이 장착되며, 릴리스콘(20)은 팽창실린더(12)와 팽창쐐기(16)를 팽창시킬 수 있도록 테이퍼구멍(13)을 따라 운동한다. 릴리스콘(20)은 외면에 테이퍼구멍(13)의 테이퍼와 동일한 테이퍼를 가지며, 릴리스콘(20)의 내면에는 축구멍(21)이 형성되어 있다.릴리스콘(20)의 외면에 팽창실린더(12)의 구멍(14)들과 정렬되도록 복수의 홈(22)들이 형성되어 있으며 외면 하부에는 테이퍼구멍(13)의 스플라인축(15)과 대응하는 관계로 물리는 스플라인축(23)이 형성되어 있다. 클러치축(10)의 스플라인축(15)과 릴리스콘(20)의 스플라인축(23)이 물리는 것에 의하여 클러치축(10)과 릴리스콘 (20)은 함께 회전되며, 릴리스콘(20)의 스플라인축(23)은 클러치축(10)의 스플라인축(15)을 따라 릴리스콘(20)의 이동을 직선운동으로 안내한다. 본 실시예에 있어서 클러치축(10)의 스플라인축(15)과 릴리스콘(20)의 스플라인축(23)은 대응하는 관계로 맞춤되는 키홈과 키로 대신할 수도 있다.

도 1 내지 도 3과 도 5를 참조하면, 본 발명의 쐐기형 클러치는 클러치축 (10)의 팽창실린더(12)의 외측에 축방향을 따라 운동할 수 있도록 장착되는 릴리스슬리브(Release sleeve: 30)를 구비한다. 릴리스슬리브(30)의 축구멍(31)에는 클러치축(10)의 입력축(11)이 관통되어 있으며 외면에는 팽창실린더(12)의 구멍(14)들과 릴리스콘(20)의 홈(22)들에 정렬되도록 복수의 구멍(32)들이 형성되어 있다.

또한, 릴리스슬리브(30)와 릴리스콘(20)이 연동할 수 있도록 릴리스슬리브 (30)의 구멍(32)들과 팽창실린더(12)의 구멍(14)들을 관통하여 릴리스콘(20)의 홈(22)들에는 복수의 핀(40)들이 결합되어 있다. 팽창실린더(12)의 구멍(14)들은 핀(40)들의 길이방향운동을 허용할 수 있도록 핀(40)들의 직경보다 큰 길이를 갖는 슬롯형으로 설계되어 있다. 릴리스콘(20)은 조작자의 조작력을 전달하기 위하여 로드나 와이어를 사용하는 기계식 클러치조작기구, 유압을 사용하는 유압식 클러치 조작기구, 솔레노이드를 사용하는 전자식 클러치조작기구 등 통상적인 클러치조작기구의 조작에 의하여 클러치축(10)의 팽창실린더(12)를 따라 운동한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 쐐기형 클러치는 클러치축(10)의 팽창쐐기(16)를 수용하는 클러치본체(50)를 구비한다. 클러치본체(50)의 내측에는 팽창되는 팽창쐐기(16)가 쐐기작용에 의하여 결합되는 쐐기홈(51)이 형성되어 있으며, 쐐기홈(51)은 팽창쐐기(16)의 테이퍼와 부합하는 테이퍼를 갖도록 설계되어 있다. 클러치본체(50)는 쐐기홈(51)을 기준으로 양쪽으로 분할되는 제1 분할본체(52)와 제2 분할본체(53)로 구성되어 있고, 제1 및 제2 분할본체(52, 53)는 나사의 체결이나 용접에 의하여 일체형으로 조립한다. 제1 분할본체(52)와 제2 분할본체(53)에는 쐐기홈(51)과 팽창쐐기(16) 사이에 오일의 공급이 가능한 복수의 오일구멍 (54)들이 각각 형성되어 있다.

제1 분할본체(52)의 양쪽면에는 안내축(55)과 출력축(56)이 형성되어 있으며, 안내축(55)에는 릴리스콘(20)의 이동이 가능하도록 릴리스콘(20)의 축구멍(21)이 헐겁게 끼워져 있다. 도 6에는 안내축(55)과 출력축(56)이 제1 분할본체(52)의 양쪽면에 일체형으로 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 안내축(55)과 출력축 (56)은 제1 분할본체(52)의 중앙을 관통하여 조립되는 단일의 축으로 대신할 수도 있다. 도 2, 도 3과 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 릴리스콘(20)의 내측에는 릴리스콘(20)을 동력의 전달 상태, 즉 팽창실린더(12)의 테이퍼구멍(13)으로 진입시키는 방향으로 편향시키는 스프링(60)이 장착되어 있으며, 스프링(60)은 양단이 릴리스콘(20)의 바닥면과 제1 분할본체(52)의 내면에 각각 지지되는 압축코일스프링으로 구성되어 있다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 쐐기형 클러치에 대한 작용을 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 클러치축(10)의 팽창실린더(12)에 형성되어 있는 스플라인축(15)의 선단에 릴리스콘(20)의 스플라인축(23)이 맞닿은 상태는 팽창실린더(12)의 테이퍼구멍(13)에 릴리스콘(20)이 최대한으로 진입되어 있는 상태이고, 스프링(60)은 팽창되어 있다. 릴리스콘(20)의 진입에 의하여 릴리스콘(20)의 외면은 테이퍼구멍(13)의 내면에 압착되며, 릴리스콘(20)의 압착력을 받는 팽창실린더(12)와 팽창쐐기(16)는 슬롯(17)들이 벌어지는 것에 의하여 반경방향으로 팽창된다. 클러치본체(50)의 쐐기홈(51)에는 팽창되는 팽창쐐기(16)가 쐐기작용에 의하여 결합된다.

다음으로, 클러치축(10)의 팽창쐐기(16)가 클러치본체(50)의 쐐기홈(51)에 결합된 상태에서, 클러치축(10)의 입력축(11)을 통하여 동력원으로부터 입력되는 동력에 의하여 클러치축(10)이 회전되면, 클러치축(10)의 스플라인축(15)에 스플라인축(23)이 물려있는 릴리스콘(20)이 회전한다. 이와 동시에 클러치축(10)의 회전력은 팽창쐐기(16)와 쐐기홈(51)에 의하여 결합되어 있는 클러치본체(50)에 전달되어 클러치본체(50)를 회전시키며, 클러치본체(50)의 출력축(56)은 최종적으로 회전력을 출력한다.

이와 같이 클러치축(10)의 팽창쐐기(16)와 클러치본체(50)의 쐐기홈(51)이 쐐기작용에 의하여 견고하게 결합되어 슬립 현상, 진동 등과 같은 기계적 결함의 발생이 효과적으로 방지되며, 이 결과 동력 전달의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.또한, 클러치축(10), 릴리스콘(20), 릴리스슬리브(30), 핀(40)들과 클러치본체(50)로 구성되는 간단한 구조에 의하여 소형화 및 경량화 제작이 가능할 뿐만 아니라, 적은 수의 부품에 의하여 조립이 매우 간편하여 생산성을 향상시키고, 생산비를 절감할 수 있다.

도 3, 도 6과 도 7을 참조하면, 클러치축(10)의 팽창쐐기(16)가 클러치본체 (50)의 쐐기홈(51)에 결합된 상태에서, 조작자가 클러치조작기구를 조작하여 릴리스슬리브(30)를 클러치축(10)쪽에서 클러치본체(50)쪽, 즉 팽창실린더(12)의 테이퍼구멍(13)으로부터 빠지는 방향으로 이동시키면, 릴리스슬리브(30)와 핀(40)들에 의하여 결합되어 있는 릴리스콘(20)이 릴리스슬리브(30)와 함께 이동한다. 이때, 릴리스콘(20)의 스플라인축(23)은 클러치축(10)의 스플라인축(15)을 따라 안내되면서 릴리스콘(20)의 이동을 직선운동으로 안내하며, 핀(40)들은 팽창실린더(12)의 구멍(14)들 내에서 간섭 없이 이동되므로, 클러치축(10)은 제자리를 유지한다. 그리고 스프링(60)은 릴리스콘(20)의 이동에 의하여 압축된다.

또한, 도 6과 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 릴리스콘(20)의 이동에 의해서는 테이퍼구멍(13)의 내면으로부터 릴리스콘(20)의 외면이 떨어지게 되면서 압착력이 해소되며, 팽창실린더(12)와 팽창쐐기(16)는 탄성에 의하여 원상태로 복원된다. 복원되는 팽창쐐기(16)의 표면은 쐐기홈(51)의 내면으로부터 떨어지게 되면서 결합력이 해소된다. 따라서, 클러치축(10)이 회전되더라도 클러치본체(50)의 쐐기홈(51) 내에서 클러치축(10)의 팽창쐐기(16)가 공회전되어 동력을 전달하지 못하는 차단 작용이 유지된다. 이와 같이 클러치축(10)의 팽창쐐기(16)가 클러치본체(50)의 쐐기홈(51) 내에서 팽창 전의 초기상태를 유지하면서 동력을 차단하므로, 동력의 차단 불량을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 결과, 본 발명에 따른 쐐기형 클러치의 신뢰성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 조작자가 클러치조작기구를 조작하여 릴리스슬리브(30)를 클러치본체 (50)쪽에서 클러치축(10)쪽, 즉 팽창실린더(12)의 테이퍼구멍(13)으로 진입되는 방향으로 이동시키면, 릴리스콘(20)의 진입과 병행하여 압축되어 있던 스프링(60)이 팽창되면서 릴리스콘(20)의 진입을 보조한다. 계속해서, 릴리스콘(20)의 진입에 의하여 릴리스콘(20)의 외면은 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 테이퍼구멍(13)의 내면에 견고하게 압착되며, 릴리스콘(20)의 압착력을 받는 팽창실린더(12)와 팽창쐐기(16)가 팽창되고, 클러치본체(50)의 쐐기홈(51)에 팽창되는 팽창쐐기(16)가 쐐기작용에 의하여 결합되어 동력을 전달한다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 쐐기형 클러치에 의하면, 클러치축의 팽창쐐기와 클러치본체의 쐐기홈이 쐐기작용에 의하여 견고하게 결합되어 슬립 현상, 진동 등과 같은 기계적 결함의 발생이 효과적으로 방지되므로, 동력 전달의 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 클러치축의 팽창쐐기가 클러치본체의 쐐기홈 내에서 팽창 전의 초기상태를 유지하면서 동력을 차단하는 것에 의하여 동력의 차단 불량을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 클러치의 신뢰성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 그리고 간단한 구조에 의하여 소형화 및 경량화 제작이 가능할 뿐만 아니라, 적은 수의 부품에 의하여 조립이 매우 간편하여 생산성을 향상시키고, 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입력축의 일단에 테이퍼구멍을 갖는 팽창실린더가 형성되어 있고, 상기 팽창실린더의 끝단에 링형의 팽창쐐기가 형성되어 있으며, 상기 팽창실린더와 팽창쐐기에 복수의 슬롯들이 길이방향을 따라 형성되어 있는 클러치축과;

   상기 팽창실린더의 테이퍼구멍에 장착되고, 상기 팽창실린더와 팽창쐐기의 팽창을 위하여 상기 팽창실린더의 테이퍼구멍을 따라 운동하는 릴리스콘과;

   상기 팽창실린더의 외측에 축방향을 따라 운동할 수 있도록 장착되는 릴리스슬리브와;

   상기 릴리스슬리브와 릴리스콘이 연동할 수 있도록 상기 팽창실린더를 관통하여 상기 릴리스슬리브와 릴리스콘을 연결하는 복수의 핀들과;

   상기 팽창쐐기가 쐐기작용에 의하여 결합될 수 있도록 상기 팽창쐐기를 수용하는 쐐기홈을 갖는 클러치본체로 이루어지는 쐐기형 클러치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치축의 테이퍼구멍의 내면 안쪽에 스플라인축이 형성되어 있으며, 상기 클러치축과 릴리스콘이 함께 회전할 수 있도록 상기 팽창실린더의 외면에 상기 팽창실린더의 스플라인축과 대응하는 관계로 물리는 스플라인축이 형성되어 있는 쐐기형 클러치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 팽창실린더의 외면에 상기 핀들의 운동을 허용할 수 있도록 상기 핀들의 직경보다 길이가 긴 복수의 구멍들이 형성되어 있으며, 상기 팽창실린더의 구멍들은 상기 슬롯들에 의하여 양분되어 있는 쐐기형 클러치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치본체는 상기 쐐기홈을 기준으로 양쪽으로 분할되는 제1 분할본체와 제2 분할본체로 구성되며, 상기 제1 분할본체와 제2 분할본체에는 복수의 오일구멍들이 각각 형성되어 있는 쐐기형 클러치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 분할본체의 일측면에 형성되어 있는 안내축에는 상기 릴리스콘의 축구멍이 안내되도록 끼워지며, 상기 릴리스콘의 내측에 상기 릴리스콘을 상기 팽창실린더의 테이퍼구멍으로 진입시키는 방향으로 편향시키는 스프링이 더 장착되는 쐐기형 클러치.